1、蒸 发,成 员：秦开心林志华左雄锋吴 斌田道道朱 雯吴婷婷朱小琼苏晓杰李冬梅,蒸发,使含有不挥发性溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸气，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发，所用的设备称为蒸发器。 一、蒸发操作的目的 1.将稀溶液浓缩直接得到液体产品；如：果汁、烧碱溶液的制取等； 2.制取或回收纯溶剂；如：海水淡化； 3.同时制取浓缩液和回收溶剂。,蒸发,1蒸发的概念利用溶质和溶剂之间挥发度的差异，用加入热能的方法使溶剂汽化，而非挥发性的溶质留在溶液中，从而达到分离的目的，所涉及的平衡为汽液平衡。溶液受热时，溶剂分子获得能量汽化。进行蒸发的必要条件是热能的不断供给和生蒸汽的不断排除。,2、按二次
2、蒸气的利用情况分：单效和多效蒸发,单效蒸发：将二次蒸气不在利用而直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸发操作。 多效蒸发：若将二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为加热蒸气，则可提高加热蒸气（生蒸气）的利用率，这种串联蒸发操作称为多效蒸发。,1、按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发,分类,第二节 蒸发设备的特点分析,一、蒸发器的类型与结构循环型 (中央循环管式，悬筐是，外加式）（外加热式又分自然循环型和强制循环型） 蒸发器 非循环型（单程型）（升膜式，降膜式，升降膜式）其他类型 （刮板薄膜式，板式等） 1.循环型 （1）中央循环管式蒸发器 优点：结构简单，操作可靠，投资少； 缺点：循环速度低，传热
3、系数低，清洗难度大。,（2）悬筐式蒸发器,优点：循环速度加快，清洗、检修方便，传热系数高，热损失小； 缺点：结构复杂，设备费用高。,（3）外热式,特点：加热室与分离室分开，由循环管连 接，这样可以改变加热室与分离室的距 离，且调节循环速度使料液达到不在加 热室沸腾，而在加热管顶端沸腾。,优点：便于清洗和更换，降低蒸发器的总 高度，循环速度快，传热系数大； 缺点：单位面积金属耗量大，热损失大；,（5）强制循环型,工作原理：,蒸发设备的一类。溶液在设备内的循环主要依靠外加动力所产生的强制流动。循环速度一般可达1.5-3.5米/秒。传热效率和生产能力较大。原料液由循环泵自下而上打入，沿加热室的管内向
4、上流动。蒸汽和液沫混合物进入蒸发室后分开，蒸气由上部排出，流体受阻落下，经圆锥形底部被循环泵吸入，再进入加 热管，继续循环。 特点：循环速度大且可以调节，但动力消耗大； 适用范围：适于处理高黏度、易结垢或有结晶析出的溶液。,二、膜式（单程）蒸发器,膜式蒸发器和非膜式蒸发器的比较：非膜式蒸发器的主要缺点是加热室内滞料量大，致使物料在高温下停留时间过长，不适于处理热敏性物料。膜式蒸发器只通过加热室一次即可达到所需浓度，停留时间短，操作时，溶液沿加热管呈传热效果最佳的膜状流动。,1 升膜式蒸发器,加热室由单根或多根垂直管组成。原料液由加热室底部引入，为高速上升的二次蒸气所带动，沿壁面边呈膜状流动。适
5、于处理蒸发量大的稀溶液以及热敏性或易生泡的溶液；不适于处理高粘度、有结晶析出或易结垢的溶液。,（2）降膜式,加热室与升膜式蒸发器类似。原料液由加热室顶部加入，经液体分布器均匀地流入加热管内，在溶液自身重力作用下，溶液沿管内壁呈膜状下流，并进行蒸发。适用于处理热敏性物料，但不适于处理易结晶、结垢或粘度大的溶液。,3 升降膜式蒸发器,由升膜管束和降膜管束组合而成，蒸发器底部封头内有一隔板，将加热管束均分为二。原料液在预热器中加热达到或接近沸点后，引入升膜加热管束的底部，汽液混合物经管束由顶部流入降膜加热管束，然后转入分离器，完成液由分离器底部取出。适于处理粘度变化大的溶液，或厂房高度有一定限制的场
6、合。,4 刮板搅拌薄膜蒸发器,加热管是一根垂直的空心管，圆管外有夹套，内通加热蒸气，圆管内装可以旋转的搅拌叶片。原料液沿切线方向进入管内，由于受离心力、重力及叶片的刮带作用，在管壁上形成旋转下降的薄膜，并不断的被蒸发，完成液由底部排出。 适用于高粘度、易结晶、易结垢或热敏性溶液的蒸发。 缺点：结构复杂，动力耗费大，传热面小，处理能力不大。,板式蒸发器,板式蒸发器由板式换热器和分离器组合而成。加热板用不锈钢冲压而成，其厚度为11.5，四周用橡胶垫圈密封，板与板之间形成蒸汽与料液流动通道。加热板排成四片一组，蒸汽在41和23板间冷凝，料液在12板间升膜流动，在34板间降膜流动。视生产能力的需要可增
7、减板的组数。蒸发形成的汽液混合物进入离心分离器进行分离。,优点：单位体积的传热面积大，效率高；操作灵活，传热面积可按要求随意增减，装拆方便；所需厂房高度小。 缺点：垫圈密封要求较高，操作温度有限，不宜处理含固体微粒的料液。,三、蒸发器的辅助设备,1.除沫器 （1）作用：气液分离，防止有用产品的损失。 （2）型式：,2.冷凝器和真空装置,（1）冷凝器：在蒸发操作过程中，二次蒸汽若是有用物料或会产生严重污染时，应采用间壁式冷凝器回收；二次蒸汽不被利用时，必须冷凝成水方可排除，同时排除不凝性气体。对于水蒸气的冷凝，可采用汽、水直接接触的混合式冷凝器。型式：混合式（凝液需回收）间壁式（凝液不需要回收）
8、,（2）真空装置：减压操作中使用，将冷凝液中的不凝气抽出，保证蒸发所需的真空度。真空装置的种类：喷射泵、水环真空泵等。,水环泵,往复泵,水力喷射泵,单效蒸发,在蒸发器内原料被加热溶剂汽化，产生的二次蒸汽引出后冷凝或排空，不再被利用。单效蒸发是最基本的蒸发流程。进行单效蒸发时常采用单效真空蒸发。,二、蒸发操作流程,1.操作要点：,（1）不断提供热能，维持溶剂的气化； （2）不断移走蒸汽； 2.蒸发设备-蒸发器 结构：加热室、分离室（蒸发室）； 基本概念：加热剂：饱和水蒸气（加热蒸汽）； 二次蒸汽：蒸发了的蒸汽；完成液；,单效蒸发,蒸发操作的快慢主要取决于蒸发器加热室热交换的换热量Q。Q=KAt在
9、蒸发过程中对传热量Q影响最显著的是传热温度差t t = T- t1,1蒸发器的温度差损失一定压强下，料液的沸点较纯水的沸点T要高，两者沸点之差称为温度差损失，= t1-T （1）因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失； （2）因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失； （3）因管路流体阻力而引起的温度差损失 。,总温度差损失为：,1 溶液的蒸汽压下降引起的温度差损失,（5-4）,式中 tA溶液沸点，主要与溶液的类别、浓度及操作压强有关。T与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的饱和温度，,2 .液柱静压强引起的温度差损失,液层内的溶液的沸点高于液面的，液层内部沸点与表面沸点之差即为因液柱静压强而引起
10、的温度差损失。 简化处理：计算时以液层中部的平均压强pm及相应的沸点tAm为准，中部的压强为：式中 pm液层中部的平均压强，Pa p液面的压强，即二次蒸气的压强，Pal液层深度，m,（5-10）,常根据平均压强pm查出纯水的相应沸点tpm，故因静压强而引起的温度差损失为：=tpm-tp （5-11）式中 tpm 与平均压强pm相对应纯水的沸点，tp与二次蒸气压强p相对应的水的沸点，影响的因素： （1）沸腾时液层内混有气泡，液层的实际密度较计算公式所用的纯液体密度要小，使得算出的值偏大； （2）当溶液在加热管内的循环速度较大时，就会因流体阻力使平均压强增高。,采用多效蒸发时，二次蒸气在离开前一效
11、蒸发室流往后一效加热室的过程中要克服管道的流动阻力，从而导致蒸汽温度下降。此项温度差损失与蒸汽的流速、物性和管道的尺寸有关，一般取0.51.5。,3）因管路流体阻力而引起的温度差损失,传热的有效温度差：,式中 t传热的有效温度差， T纯水在操作沸点， Ts加热蒸气的温度， ,t=Ts-T-=Ts-T-,二、单效蒸发的计算,单效蒸发的计算项目有： （1）蒸发量； （2）加热蒸气消耗量； （3）蒸发器的传热面积,1.蒸发量,对单效蒸发器作溶质衡算，得式中 qmF原料液流量qmW蒸发量x0原料液的质量组成x1完成液的组成,2 加热蒸气消耗量,通过热量衡算可求得加热蒸汽消耗量。 进人蒸发器的热量为：q
12、mDH+qmFh0 离开蒸发器的热量为： qmwH,+(qmF-qmW)h1+qmDhw+Q1 qmDH+qmFh0 = qmwH,+(qmF-qmW)h1+qmDhw+Q1 式中 qmD加热蒸汽消耗量,kg/sH加热蒸汽的焓，J/kgh0原料液的焓，J/kgH,-二次蒸汽的焓，J/kgh1完成液的焓，J/kghw冷凝水的焓，J/kgQL热损失，J/kg,3 传热面积A,蒸发器的传热面积由传热速率公式计算，即：,多效蒸发,一.多效蒸发原理：多效蒸发时要求后效的操作压强和溶液的沸点均较前效低，引入前效的二次蒸汽作为后效的加热介质，即后效的加热室成为前效二次蒸汽的冷凝器，仅第一效需要消耗生蒸汽，故
13、提高了生蒸汽的利用率。,二、多效蒸发流程 1 顺流法,蒸气和料液的流动方向一致，均从第一效到末效。,特点：,1.溶液在效间的输送不需要泵； 2.有自蒸发现象； 3.完成液在末效排出，热量消耗低； 4.各效由于温度渐升而导致传热系数下降，生产能力降低或传热面积增加。,2 .逆流法,料液与蒸气流动方向相反。,特点：,1.溶液在效间的输送需要泵； 2.无自蒸发现象，产生的二次蒸汽量少； 3.完成液在第一效排出，温度较高，损失的热量多，且不利于热敏性材料的蒸发； 4.传热系数均匀，保持在较高的水平。,3.平流法,原料液分别加入各效中，完成液也分别自各效底部取出，蒸气流向仍是由第一效流至末效。此种流程适用于处理蒸发过程中伴有结晶析出的溶液。,特点：,溶液不在效间流动，有利于有结晶析出的情况或得到不同浓度的料液。 4.混流法效数多时，也可采用顺流和逆流并用的操作，称为混流法，这种流程可协调两种流程的优缺点，适于粘度极高料液的浓缩。,食品物料蒸发操作的特点,料液在蒸发浓缩过程中发生的变化对浓缩液品质有很大的影响。一般来讲，食品物料的蒸发具有如下特性： （1）热敏性 （2）腐蚀性 （3）粘稠性 （4）结垢性 （5）泡沫性 （6）易挥发成分 根据上述性质可对蒸发设备进行选型。,
